Kontakt-bak.ru

Контракт Бак ЛТД
4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Трансформатор тока принцип работы

Принцип действия трансформатора тока

Трансформатор тока: принцип работы

Рассмотрим принцип работы трансформатора тока (рис. 1-2). По первичной обмотке 1 трансформатора тока проходит ток I1 , называемый первичным током. Он зависит только от параметров первичной цепи. Поэтому при анализе явлений, происходящих в трансформаторе тока, первичный ток можно считать заданной величиной. При прохождении первичного тока по первичной обмотке в магнитопроводе создается переменный магнитный поток Ф1 , изменяющийся с той же частотой, что и ток I1.

Магнитный поток Ф1 охватывает витки как первичной, так и вторичной обмоток. Пересекая витки вторичной обмотки, магнитный поток Ф1 при своем изменении индуцирует в ней электродвижущую силу.

Если вторичная обмотка замкнута на некоторую нагрузку, т. е. к ней присоединена вторичная цепь, то в такой системе «вторичная обмотка — вторичная цепь» под действием индуцируемой э. д. с. будет проходить ток. Этот ток согласно закону Ленца будет иметь направление, противоположное направлению первичного тока I1.

Ток, проходящий по вторичной обмотке, создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф2 , который направлен встречно магнитному потоку Ф 1. Вследствие этого магнитный поток в магнитопроводе, вызванный первичным током, будет уменьшаться.

В результате сложения магнитных потоков Ф1 и Ф2 в магнитопроводе устанавливается результирующий магнитный поток Ф = Ф 1 — Ф2, составляющий несколько процентов магнитного потока Ф1. Поток Ф и является тем передаточным звеном, посредством которого осуществляется передача энергии от первичной обмотки ко вторичной в процессе преобразования тока.

Результирующий магнитный поток Ф, пересекая витки обеих обмоток, индуцирует при своем изменении в первичной обмотке противо-э. д. с. Е1 , а во вторичной обмотке — э. д. с. Е2. Так как витки первичной и вторичной обмоток имеют примерно одинаковое сцепление с магнитным потоком в магнитопроводе (если пренебречь рассеянием), то в каждом витке обеих обмоток индуцируется одна и та же э. д. с. Под воздействием э. д. с. Е2 во вторичной обмотке протекает ток I2 , называемый вторичным током.

Если обозначить число витков первичной обмотки через wx, а вторичной обмотки — через w2 , то при протекании по ним соответственно токов I1 и I2 в первичной обмотке создается магнитодвижущая сила F1 = I1w1, называемая первичной магнитодвижущей силой (м. д. с), а во вторичной обмотке — магнитодвижущая сила F2 = I2w2 , называемая вторичной м. д. с. Магнитодвижущая сила измеряется в амперах.

При отсутствии потерь энергии в процессе преобразования тока магнитодвижущие силы F1 и F2 должны быть численно равны, но направлены в противоположные стороны.

Идеальный трансформатор тока

Трансформатор тока, у которого процесс преобразования тока не сопровождается потерями энергии, называется идеальным. Для идеального трансформатора тока справедливо следующее векторное равенство:

Из равенства (1-2) следует, что

I1 / I2 = w2 / w1 = n , (1-3) т. е. токи в обмотках идеального трансформатора тока обратно пропорциональны числам витков.

Отношение первичного тока ко вторичному I1 / I2 или числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки ( w2 / w 1 ) называется коэффициентом трансформации n идеального трансформатора тока.

Все о трансформаторах тока. Классификация, конструкция, принцип действия

Трансформаторами тока (ТТ) принято называть электротехнические устройства, предназначенные для трансформирования величин токов (с больших на меньшие) до требуемых значений, с целью подключения приборов измерения, устройств РЗиА. Трансформаторы тока получили широкое применение в энергетике и являются составным элементом любой электростанции или подстанции.

Установка в силовых электроустановках трансформаторов низкой мощности позволяет также обезопасить производство работ, поскольку их использование разделяет цепи высокого / низкого напряжения, упрощает конструктивное исполнение дорогостоящих измерительных приборов, реле.

  1. Конструкция и принцип действия трансформатора тока
  2. Классификация трансформаторов тока
  3. Трансформаторы тока разных производителей
  4. Трансформаторы тока ТОЛ-НТЗ-10-01
  5. Расположение вторичных выводов:
  6. Требования к надежности
  7. Пример условного обозначения опорного трансформатора тока с литой изоляцией
  8. Опорные трансформаторы тока TОП-0,66
  9. Проходные шинные трансформаторы тока для внутренней установки BB, BBO

Конструкция и принцип действия трансформатора тока

Трансформаторы тока конструктивно состоят из:

  • замкнутого магнитопровода;
  • 2-х обмоток (первичной, вторичной).

Поскольку сопротивление измерительных устройств незначительно, то принято считать, что все трансформаторы тока работают в режиме близком к КЗ.

Это означает, что геометрическая сумма магнитных потоков равна разности потоков, генерируемых обеими обмотками.

Традиционно трансформаторы тока выпускают с несколькими группами вторичных обмоток, одна из которых предназначена для подключения аппаратов защиты, другие – для включения приборов контроля, диагностики и учета.

К этим обмоткам в обязательном порядке должна быть подключена нагрузка.

Ее сопротивление строго регламентируется, так как даже незначительное отклонение от нормируемой величины может привести к увеличению погрешности и как следствие снижению качества измерения, неселективной работе РЗ.

Интересное видео о трансформаторах тока смотрите ниже:

Погрешность ТТ определяется в зависимости от:

  • сечения магнитопровода;
  • проницаемости используемого для производства магнитопровода материала;
  • величины магнитного пути.

Значительное возрастание сопротивления нагрузки во вторичной цепи генерирует повышенное напряжение во вторичной цепи, что приводит к пробою изоляции и, как следствие, выходу из строй трансформатора.

Предельное значение сопротивление нагрузки указывается в справочных материалах.

Классификация трансформаторов тока

Трансформаторы тока принято классифицировать по следующим признакам:

  1. В зависимости от назначения их разделяют на:
    1. защитные;
    2. измерительные;
    3. промежуточные, используемые для подключения устройств измерения в токовые цепи, выравнивания токов в системах диф. защит и т. п.);
    4. лабораторные.
  2. По типу установки разделяют устройства:
    1. наружной установки (размещаемые в ОРУ);
    2. внутренней установки (размещаемые в ЗРУ);
    3. встроенные в электрические машины, коммутационные аппараты: генераторы, трансформаторы, аппараты и пр.;
    4. накладные — устанавливаемые сверху на проходные изоляторы;
    5. переносные (для лабораторных испытаний и диагностических измерений).
  3. Исходя из конструктивного исполнения первичной обмотки ТТ разделяют на:
    1. многовитковые (катушечные, с обмоткой в виде петли или восьмерки);
    2. одновитковые;
    3. шинные.
  4. По способу исполнения изоляции ТТ разбивают на устройства:
    1. с сухой изоляцией (из фарфора, литой изоляции из эпоксида, бекелита и т. п.);
    2. с бумажно-масляной либо конденсаторной бумажно-масляной изоляцией;
    3. имеющие заливку из компаунда.
  5. По количеству ступеней трансформации ТТ бывают:
    1. одноступенчатые;
    2. двухступенчатые (каскадные).
  6. Исходя из номинального напряжения различают:
    1. ТТ с номинальным напряжением — выше 1 кВ;
    2. ТТ с напряжением – до 1 кВ.

Ещё одно интересное видео о схемах включения трансформаторов тока:

Трансформаторы тока разных производителей

Рассмотрим несколько трансформаторов тока разных производителей:

Трансформаторы тока ТОЛ-НТЗ-10-01

Производитель ООО «Невский трансформаторный завод «Волхов», предназначены для передачи сигнала измерительной информации измерительным приборам и устройствам защиты и управления, для изолирования цепей вторичных соединений от высокого напряжения в комплектных устройствах внутренней и наружной установки (КРУ, КРУН, КСО) переменного тока на класс напряжения до 10 кВ и являются комплектующими изделиями.

Трансформаторы изготавливаются в виде опорной конструкции, в климатических исполнениях «УХЛ» и «Т», категории размещения «2» по ГОСТ 15150-69.

Рабочее положение трансформатора в пространстве – любое.

Трансформаторы работают в электроустановках, подвергающихся воздействию грозовых перенапряжений и имеют:

  • класс нагревостойкости «В» по ГОСТ 8865-93;
  • уровень изоляции «а» и «б» по ГОСТ 1516.3-96.

Варианты исполнения трансформатора: «Б» — оснащён изолирующими барьерами.

Расположение вторичных выводов:
  • «А» — параллельно установочной поверхности;
  • «В» — перпендикулярно установочной поверхности;
  • «С» — из гибкого провода, параллельно установочной поверхности;
  • «D» — из гибкого провода, перпендикулярно установочной поверхности.

Требования к надежности

Для трансформаторов установлены следующие показатели надежности:

  • средняя наработка до отказа – 2´105 ч.;
  • полный срок службы – 30 лет.
Пример условного обозначения опорного трансформатора тока с литой изоляцией

ТОЛ-НТЗ-10-01АБ-0,5SFs5/10Р10–5/15-300/5 31,5 кА УХЛ2

  • 10 — номинальное напряжение;
  • «0» — конструктивный вариант исполнения;
  • «1» — исполнение по длине корпуса;
  • «А» — вторичные выводы расположенные параллельно установочной поверхности;
  • «Б» — изолирующие барьеры;
  • 0,5S — класс точности измерительной вторичной обмотки;
  • (Fs)5 — коэффициент безопасности приборов вторичной обмотки для измерения;
  • 10Р — класс точности защитной вторичной обмотки;
  • 10 — номинальная предельная кратность вторичной обмотки для защиты;
  • 5 — номинальная вторичная нагрузка обмотки для измерения;
  • 15 — номинальная вторичная нагрузка обмотки для защиты;
  • 300 — номинальный первичный ток;
  • 5 — номинальный вторичный ток;
  • 31,5 — односекундный ток термической стойкости;
  • «УХЛ» — климатическое исполнение;
  • 2 – категория размещения ГОСТ 15150-69 при его заказе и в документации другого изделия.

Опорные трансформаторы тока TОП-0,66

Трансформаторы предназначены для передачи сигнала измерительной информации измерительным приборам в установках переменного тока частоты 50 или 60 Гц с номинальным напряжением до 0,66 кВ включительно. Испытательное одноминутное напряжение промышленной частоты — 3 кВ.

Трансформаторы класса точности 0,2; 0,5; 0,2S и 0,5S применяются в схемах учета для расчета с потребителями, класса точности 1,0 — в схемах измерения.

Корпус трансформаторов выполнен из самозатухающих трудногорючих материалов. Трансформаторы изготавливаются в исполнении «У» или «Т» категории 3 по ГОСТ 15150, предназначены для работы в следующих условиях:

  • высота над уровнем моря не более 1000 м;
  • температура окружающей среды: при эксплуатации — от минус 45°С до плюс 50°С, при транспортировании и хранении — от минус 50°С до плюс 50°С;
  • окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая пыли, химически активных газов и паров в концентрациях, разрушающих покрытия металлов и изоляцию;
  • рабочее положение — любое.
Читать еще:  Пресс для автоматического обжима (опрессовки) наконечников проводов

Первичная шина трансформаторов ТОП-0,66 и ТШП-0,66 медная, покрытая оловом. Трансформаторы ТШП-0,66 могут комплектоваться медными шинами, покрытыми оловом.

Проходные шинные трансформаторы тока для внутренней установки BB, BBO

Изготовитель — Фирма ООО «ABB»

Проходные шинные трансформаторы тока BB и BBO изготовлены в корпусе из эпоксидного компаунда и предназначены для установки в РУ напряжением до 24 кВ (25 кВ).

Трансформатор тока без первичного проводника, но с собственной первичной изоляцией может использоваться в качестве втулки.

Трансформаторы спроектированы и изготовлены согласно следующим стандартам:

  • МЭК, VDE, ANSI, BS, ГОСТ и CSN.
  • Максимальное напряжение — 3.6 кВ — 25 кВ
  • Первичный ток — 600 A – 5000 A
  • Сухой трансформатор с изоляцией из эпоксидного компаунда для внутренней установки
  • Предназначены для измерения и защиты, могут иметь до трех вторичных обмоток
  • Исполнения с возможностью переключения коэффициента трансформации на стороне первичной или вторичной обмоток.

Измерительные трансформаторы тока, принцип работы

Трансформаторы тока (ТТ) предназначены для преобразования тока первичной сети во вторичный, имеющий стандартный уровень 1 или 5 А, используемый в качестве сигнала в системах измерения, учета и релейной защиты.

Для получения достоверной информации о режиме работы первичной сети и величине первичного тока I1, такие трансформаторы обладают особенной конструкцией, в сравнении с силовыми или трансформаторами напряжения.

Принцип работы. Основными составляющими частями ТТ являются магнитопровод, первичная и вторичная обмотки. Все величины относящиеся к первичной цепи ТТ индексируются цифрой 1, для вторичной – 2.

Первичная обмотка включается в контролируемую сеть последовательно, поэтому она должна иметь малое сопротивление, чтобы падение напряжения на ней практически отсутствовало. Вторичная обмотка замыкается на измерительные или другие приборы с малым сопротивлением, поэтому режим работы ТТ считается близким к режиму короткого замыкания.

I1, проходя по виткам обмотки ω1, создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф1. Под его воздействием Ф1 во вторичной обмотке наводится I2, который в свою очередь создает поток Ф2, направленный встречно Ф1.

Результирующий поток Ф0 представляет из себя разность первичного и вторичного потока, и затрачивается на намагничивание сердечника. Если поток Ф0 выразить через силу намагничивания F0, получим выражение, характеризующее принцип работы ТТ:

〖 F〗_0=F_1-F_2; (1) 〖 I〗_0 ω_1=I_1 ω_1-I_2 ω_2; (2)

Из выражения 2 видно, что I_1 ω_1≠ I_2 ω_2. Разница между этими значениями зависит от величины тока намагничивания I0. По большому счету выражение 2 характеризует погрешность трансформатора тока. Значение приведенного вторичного тока ТТ находится по формуле:

где Z0 – сопротивление ветви намагничивания; Z2 – сопротивление проводов вторичной цепи; Zн – суммированное сопротивление приборов во вторичной цепи; I1 – первичный ток.

Из выражения 3 можно сделать вывод, чем меньше сумма Z_2^’+Z_н^’ по отношению к Z_0, тем меньше погрешность. Поэтому всегда стремятся к малым значениям Z_2^’ и Z_н^’, то есть режим работы должен быть близким к режиму короткого замыкания.

Значения Z2 и Zн не зависят от величины тока проходящего по ним, тогда как Z0 не остается постоянным, а изменяется в зависимости от насыщения магнитопровода, при изменении тока I0. Поэтому погрешность ТТ меняется с изменением тока первичной цепи. Изменение Z_0 имеет нелинейный характер, и зависит от характеристики намагничивания сердечника.

Угловая и токовая погрешность ТТ прямо пропорциональны значению I0 и отношению ω1/ ω2, поэтому на величину погрешности можно повлиять изменением конструкции.

Ток намагничивания I0 зависит от формы магнитопровода и магнитных свойств материала из которого он изготовлен. Чем короче путь магнитного потока, больше активное сечение и выше магнитная проницаемость материала, тем меньший I0 потребуется для создания Ф0.

С другой стороны, уменьшить погрешность можно увеличив количество витков ω_2. В этом случае, для создания необходимой величины Ф2 потребуется меньший I0.

Однако, для сохранения заданного коэффициента трансформации — kтт, потребуется увеличить количество витков первичной обмотки, что приведет к увеличению габаритов и удорожанию оборудования.

На практике же, для компенсации погрешности применяют витковую поправку, когда отматывается часть вторичной обмотки для введения положительной погрешности и применение магнитных шунтов в цепи намагничивания.

Каждый ТТ рассчитан на определенный первичный ток I1н, называемый номинальным. Вторичный ток, как уже было сказано, имеет стандартные значения 1 или 5 А. От его величины зависит номинальная нагрузка вторичной цепи, измеряемая в Ом:

где Sн – полная мощность вторичной обмотки, является каталожной величиной, ВА; I2н – номинальный вторичный ток 1 или 5 А.

Так например, если Sн равна 50 ВА, а вторичный ток 5 А, то номинальная нагрузка вторичной цепи должна иметь сопротивление 2 Ом, чтобы ТТ работал в классе. Если вторичный ток будет равен 1 А, номинальная нагрузка составит 50 Ом, что на порядок выше предыдущего варианта.

Важность такой величины вторичной номинальной нагрузки, заключается в возможности подключения большего числа потребителей, либо длина соединительных вторичных проводов может быть увеличена в разы. Такие ТТ применяются в ОРУ высоковольтных ПС, где широко распространены встроенные ТТ.

В обиходе ТТ не характеризуют только величиной I1 или I2, их принято характеризовать коэффициентом трансформации:

где ω – количество витков обмотки; kтт – имеет стандартные значения, например 100/5, 200/5, 300/5, 600/5 и т. д.

Класс точности ТТ говорит о допустимой погрешности по току в процентах при номинальной вторичной нагрузке. Стандартный ряд классов точности: 0,2; 0,5; 1; 3; 5; 10. После цифровых значений класса точности можно встретить литеры: Р и S.

Р — это русская буква, обозначающая, что данный ТТ или обмотка ТТ используется в устройствах релейной защиты. Как правило, это трансформаторы с классом точности 5Р и 10Р. Буква S указывает, что ТТ имеет расширенный диапазон измерений по первичному току от 1% до 120%, тогда как трансформаторы не промаркированные S, работают с заданной погрешностью в диапазоне нагрузок 5%-120%.

ТТ с классом точности 0,2S и 0,5S используют в схемах коммерческого учета, если маркировка класса точности включает только цифровые значения, такие приборы используют для измерений.

Погрешность ТТ определяется по кривым, построенным в координатах погрешность-нагрузка. Погрешность, как токовая, так и угловая, откладывается по оси ординат. По оси абсцисс откладывается загрузка первичной обмотки ТТ в %.

Устройство и принцип работы трансформатора тока

Трансформатор тока представляет собой измерительное устройство, первичная обмотка (высокая сторона) которого подключается к источнику переменного электрического тока, а его вторичная обмотка (низкая сторона) подключается к приборам измерения или к приборам защиты с малым сопротивлением.

Если точнее, то первичная обмотка любого трансформатора тока включается только последовательно в силовую электрическую цепь, по которой протекает электрическая нагрузка. К вторичной обмотке или нескольким вторичным обмоткам подключаются защитные приборы, измерительные приборы и приборы учёта электроэнергии.

Принцип действия трансформатора тока

Работа обычного трансформатора тока базируется на физическом явлении электромагнитной индукции. Это значит, что при подаче напряжения на первичную обмотку, в её витках будет проходить переменный ток, образующий впоследствии появление переменного магнитного потока. Появившийся магнитный поток проходит по сердечнику и пронизывает витки всех обмоток трансформатора, таким образом, индуцируя в них электродвижущие силы (э.д.с.). В случае закорачивания вторичной обмотки или же при включении нагрузки в её цепь, под воздействием э.д.с. в витках обмотки начнёт протекать вторичный ток.

Назначение трансформаторов

Общее назначение трансформаторов тока – преобразование (снижение) большой величины переменного тока до таких значений, которые будут удобны и безопасны для измерения.

Трансформаторы тока позволяют безопасно измерять большие электрические нагрузки в сетях переменного тока. Это становится возможным благодаря изолированию первичной обмотки и вторичной обмотки друг от друга.

При изготовлении к трансформаторам тока предъявляются строгие требования по качеству изоляции и по точности измерений электрических нагрузок.

Конструкция трансформатора тока

Трансформатор тока – это устройство, основой которого является сердечник, шихтованный из особой трансформаторной стали. На сердечник (магнитопровод) наматываются витки одной, двух или даже нескольких вторичных обмоток, электрически изолированных друг от друга, а также и от сердечника.

Что касается первичной обмотки, то она может представлять собой катушку, также намотанную на сердечник измерительного трансформатора. Однако чаще всего первичная обмотка представляет собой алюминиевую или медную шину (пластину). Не менее часто в трансформаторе тока вообще отсутствует первичная обмотка как таковая. В этом случае функцию первичной обмотки выполняет силовой проводник, проходящий через кольцо трансформатора тока. Это может быть отдельная жила электрического кабеля.

Вся конструкция трансформатора тока помещается в корпус для защиты от механических повреждений.

Коэффициент трансформации

Основной технической характеристикой каждого трансформатора тока является номинальный коэффициент трансформации. Его значение указывается на специальной табличке (шильдике) в виде отношения номинального значения первичного тока к номинальному значению вторичного тока.

Читать еще:  Роль и назначение нулевого провода

Например, указанное значение 400/5 означает, что при первичной нагрузке в 400А, во вторичной цепи должен протекать ток в 5А и, следовательно, коэффициент трансформации будет равен 80. Если на шильдике указано значение 50/1, то коэффициент трансформации будет равен 50.

Практически у каждого трансформатора тока есть определённая погрешность. В зависимости от её величины каждому трансформатору тока присваивается свой класс точности.

Классификация трансформаторов

Существует несколько признаков, по которым трансформаторы тока делятся.

По своему назначению они бывают измерительными, защитными, а также промежуточными и лабораторными.

  • Измерительные выполняют функцию измерения. К ним подключаются приборы, такие как амперметр или приборы учёта (счётчики электрической энергии).
  • Защитные трансформаторы тока выполняют функцию электрической защиты совместно с устройствами защиты, поэтому к ним подключаются устройства, такие как реле тока или современные цифровые устройства высоковольтной защиты.
  • Промежуточные трансформаторы тока применяют в токовых цепях релейной защиты.
  • Лабораторные устройства обладают очень высокой степенью точности измерений. Также у них может быть несколько разных коэффициентов трансформации.

По виду установки трансформаторы тока бывают наружными и внутренними, а также встроенными внутрь электрооборудования (внутри высоковольтных выключателей, внутри питающих силовых трансформаторов и т.д.). Кроме того трансформаторы тока бывают накладными и переносными. Переносные трансформаторы используют для измерений токовой нагрузки в лабораторных условиях.

По исполнению первичной обмотки бывают одновитковые, многовитковые и шинные трансформаторы тока. По количеству ступеней трансформации – одно- и двухступенчатые.

По напряжению трансформаторы тока делятся на две группы – устройства с напряжением до 1000В и устройства с напряжением выше 1000В.

Кроме обычных измерительных трансформаторов тока, существуют и специальные, такие как трансформаторы тока нулевой последовательности.

Назначение, устройство и схема трансформаторов тока

Назначение трансформаторов тока заключается в преобразовании (пропорциональном уменьшении) измеряемого тока до значений, безопасных для его измерения. Другими словами, трансформаторы тока расширяют пределы измерения измерительных приборов – электросчётчиков.

Простой пример необходимости использования трансформаторов тока – когда ввиду большой потребляемой мощности, значение измеряемого тока превышает допустимое, безопасное для прибора учёта. Т. е. при прямом включении нагрузки такой потребляемой мощности, токовые катушки счётчика попросту сгорят, что приведёт к его выходу из строя.

В этом случае электросчётчик подключается через трансформаторы тока. См. ПОДКЛЮЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОСЧЁТЧИКОВ.

Устройство и схема трансформатора тока. Основной элемент конструкции трансформатора тока – это магнитопровод с двумя несвязанными между собой обмотками (первичная W1 и вторичная W2).

Первичная обмотка – имеет большее сечение и меньшее количество витков, включается последовательно – в разрыв цепи (контакты Л1 и Л2), вторичная – к токовым катушкам электросчётчика (контакты И1, И2).

Первичная обмотка трансформатора тока может быть рассчитана на ток от 5 до 15 000 А. Вторичная, включаемая в измерительную цепь – обычно, на 5 А. Их отношение (тока первичной обмотки к токам вторичной) называют коэффициентом трансформации.

Таким образом, для правильного расчёта потреблённой электроэнергии разницу в показаниях электросчётчика нужно умножить на коэффициент трансформации. Например, для трансформаторов тока 100/5, коэффициент трансформации будет равен 20.

Стоит заметить, что по исполнению и способу подключения в качестве первичной обмотки трансформатор тока может иметь проходную шину, которая проходит через его корпус, или-же отсутствовать вовсе. В этом случае имеется «окно» – отверстие, в которое пропускается питающий провод или шина.

Применение трансформаторов тока должно быть обоснованным, т. к. предполагает дополнительные материальные расходы, помимо затрат на их приобретение.

Согласно новых правил, при наличии в измерительном комплексе трансформаторов тока и трансформаторов напряжения для ввода в эксплуатацию электроустановки необходим паспорт-протокол измерительного комплекса.

Паспорт-протокол измерительного комплекса должен выдаваться после соответствующей проверки лицензированной организацией – электролабораторией, зарегистрированной в Ростехнадзоре.

Документ этот далеко не бесплатный, кроме того, периодически требующий продление. Таким образом, применение трансформаторов тока в измерительных цепях электроустановок целесообразно, скорее, на крупных предприятиях с действительно большой нагрузкой.

В быту же, проще всего установить электросчётчик прямого включения, т. е. обойтись без трансформаторов тока. В настоящее время выпускаются трёхфазные электросчётчики с номинальным электрическим током до 100 А.

Электросчётчик с таким резервом по амперажу способен выдержать практическую любую нагрузку, применяемую в быту. Никакой дополнительной документации и измерений и в этом случае не требуется.

  1. Трансфоматоры тока- устройство и сборка схемы.
  2. Работа и устройство трансформаторов тока.
  3. Трансформаторы тока. Подключение. Ассортимент

Трансфоматоры тока- устройство и сборка схемы.

Работа и устройство трансформаторов тока.

Что такое трансформаторы тока

В числе задач, которые решает электротехника – проведение профессиональных измерений при больших значениях величин. В качестве вспомогательного оборудования при проведении «исследований» выступает трансформатор тока. Основными элементами прибора выступают его обмотки. Для производства «измерений» осуществляется последовательное подключение первичной обмотки к сети переменного (исследуемого) тока. При этом вторичный контур прибора замыкается на контрольно-измерительную аппаратуру. В числе ведущих характеристик трансформатора высокая точность, которая достигается постоянным пропорциональным соотношением значений тока между обмотками. В целях исследований могут применяться прибора с большим количеством обмоток.

Главным отличием прибора для измерения токов от аналогичных устройств мощности или напряжения является использование нескольких витков. Первичная обмотка изготавливается в виде катушки или плоского, установленных на сердечник. Есть и другие варианты исполнения, например, в виде шины, расположенной на центральном отверстии. В нашем случае применяются трансформаторы тока Т-0,66 и ТШП.

Особенности вспомогательных приборов

Компоновка первичной обмотки трансформатора обычно не имеет более одного витка. Такое расположение позволяет подключать прибор в последовательную цепь. Вторичная же обмотка выполняется с большим количеством витков, посаженных на многослойный сердечник, что обеспечивает низкую плотность магнитного поля. В этой части трансформатора будет происходить короткое замыкание (при подаче на амперметр), либо ток будет подаваться на резистивную нагрузку. Во втором случае происходит эффект насыщения сердечника с одновременным пробоем напряжения до отказа.

Вне зависимости от подаваемого на первичную обмотку тока, значение на вторичном контуре будет равняться 1 или 5 Ампер. В отличие от последовательного прибора, на трансформаторе напряжения зависимость входящего и выходного значений сохраняется.

Типы вспомогательных приборов, используемых в промышленных целях:

  1. Обмоточный трансформатор. Первичная обмотка устройства имеет постоянное последовательное соединение с проводником. На этом участке цепи протекает замеренный ток. Вторичная обмотка выдает электрическую величину, значение которой будет зависеть от количества витков.
  2. Тороидальный трансформатор. Такие устройства не имеют первичной обмотки. Для изготовления приборов используется рулонная сталь. Ток проходит через специальное окно практически без потерь, при этом наблюдается высокая индукция насыщения. Сам сердечник может быть выполнен в раздельном виде, что позволяет отключать его без разрыва цепи. В числе преимуществ тороидального трансформатора меньшие вес, объем и уровень шума, экономия энергии и простой монтаж. Среди недостатков отмечаются более высокая стоимость, отсутствие магнитного зазора и повышенная чувствительность к сетевому напряжению.
  3. Стержневой трансформатор. В качестве первичной обмотки используется подключаемый кабель или шина основной цепи. Элементы фиксируются на жесткой сцепке, подключаются только при выполнении измерений.

Сухой силовой трансформатор обеспечивает снижение больших значений тока до нормативных 1 или 5 Ампер. При таких условиях может работать контрольно-измерительная аппаратура или управляющая автоматика. Таким образом проявляется защитная функция приборов, в паре с которыми могут подключаться к высоковольтным линиям передач защитные реле, магнитные выключатели, измерители мощности или МСВ (модульные автоматические расцепители). Также устройства используются при оборудовании комплектных трансформаторных подстанций (КТП).

Конструктивные особенности

На практике трансформаторы тока не используются в качестве одиночной компоненты. Включаются в цепь как вспомогательные приборы. Примером такой связки служит согласованная пара трансформатора и амперметра. При этом под различные типы контрольно-измерительной аппаратуры подбирается подходящий тип устройства. В случае с трансформатором осуществляется калибровка на предмет установления пропорциональной зависимости между первичной и вторичной обмотками.

В технических характеристиках вспомогательных приборов чаще можно найти стандартное значение вторичной мощности 5 А. Соотношение на первичной и вторичной обмотках при этом устанавливается как 100/5. Расшифровка пропорции означает, что входящий ток больше выходного в 20 раз. Для соотношения 500/5 будет применяться соответственно стократное превышение на первичной обмотке.

Учитывая стандартные параметры трансформаторов и их возможности, появляется возможность регулирования значений выходного тока за счет увеличения количества вторичных обмоток. В этом случае используется обратная пропорциональность между количеством витков между двумя контурами устройства. Исходя из этого подтверждаются два уравнения электрической цепи:

  1. Соотношение витков T.R.=N=Np/Ns=Is/Ip.
  2. Для вычисления выходного тока (на вторичной обмотке) Is=Ip*Np/Ns.

Коэффициент тока как параметр трансформатора устанавливает соотношение для витков в обмотках. Если в первичном контуре может быть один или несколько оборотов проводника, то на втором их число может достигать нескольких сотен. При этом соотношения 100/5 и 20/1 не определяют аналогичные трансформаторы, поскольку входные токи будут разные. Что касается преобразования трансформаторов, это можно сделать за счет изменения проходов на входной обмотке. Так, для преобразования прибора 300/5А в меньший достаточно поменять (увеличить) число витков на первичном контуре. Наращивание числа витков позволит получить трансформатор с максимальными выходными параметрами.

Читать еще:  Преобразователь частоты для асинхронного двигателя принцип работы

Примеры расчетов

Назначением трансформатора стержневого типа с количеством витков 1 и 160 на первичной и вторичной обмотках соответственно будет использование в паре с амперметром 0.2 Ом. Измерительный прибор рассчитан на максимальный входной ток в 800 А. Для расчета выходных параметров будет использоваться формула:

Напряжение на амперметре рассчитается следующим образом: vs=Is*Ra=5*0.2=1 V

Формула показывает, что при использовании силового трансформатора тока в паре с амперметром малого сопротивления падение напряжения будет незначительным. При условиях подачи максимального тока составит 1 В.

При удалении из связки измерительного прибора произойдёт размыкание вторичной обмотки. При таком условии трансформатор станет повышающим, поскольку на выходном сердечнике будет наблюдаться значительное увеличение намагничивающего потока. Для расчета возрастающего напряжения используется формула Vp*Ns/Np. К примеру, если трансформатор включен в цепь линии электропередач с расчетным напряжением 480 В, то на выходе значение будет 76.8 кВ. Указанное значение получится по формуле Vp*Ns/Np=480 В*160 витков первичной обмотки/1 проход первичного контура.

Исходя из этого использование трансформатора без нагрузки не допускается. Аналогично вспомогательные приборы для напряжения не могут включаться без короткого замыкания. Для того чтобы исключить поражение электрическим током, перед удалением измерительной аппаратуры следует закоротить вторичный контур.

Возвращаясь к расчетной формуле, растущее напряжение является только показателем высокого насыщения. Отсутствие сдерживающих факторов может привести к повреждению изоляционного слоя проводника и пробою цепи. В этом случае на выходе трансформатора возрастает риск поражения электрическим током.

Дополнительная классификация устройств

Промышленное назначение трансформаторов задается не только конструкцией первичной обмотки. Включение в цепь осуществляется по таким параметрам рабочих условий, принципу работы или типу установки:

  • Назначение приборов. Промежуточные, защитные или измерительные трансформаторы используются в паре с соответствующими устройствами. Назначение задает схему подключения, в том числе для проведения лабораторных испытаний, где важны коэффициенты трансформации;
  • Тип установки. Трансформаторы могут быть встраиваемыми, накладными или переносными. Тип установки внутренний или наружный учитывается при включении устройств в схему промышленного оборудования или специальных аппаратов. При монтаже также учитываются опорные или проходные способы;
  • При активной эксплуатации трансформаторов имеет значение тип изоляции. В технических характеристиках приборов встречаются описания конденсаторных, сухих, фарфоровых или бакелитных исполнений. Самый надежных вид изоляции – заливка компаундом;
  • Количество ступеней трансформации. Этот параметр определяет возможности приборов по корректировке значений входного тока. Существуют одноступенчатые или каскадных устройства.
Технические характеристики трансформаторов тока, определяющие практическое применение

Поскольку вспомогательные приборы используются в промышленных условиях, выбор устройств должен осуществляться профессионально, по ряду параметров. В их числе следующие:

  1. Номинальный ток. Это не максимальное значение цепи, а параметр, при котором будет сохраняться отказоустойчивость трансформатора. Запас перегрева обычно находится на уровне 20% от номинального тока.
  2. Коэффициент трансформации. Отличается от установленного значения номинального тока. Определяет соотношение между токами на входной (первичной) и выходной (вторичной) обмотках.
  3. Номинальное напряжение. Аналогично нормативному значению для тока задает нормальные для прибора условия работы. Номинальное напряжение определяет качество изоляции, способность к отказоустойчивости в режиме перегрузок.
  4. Токовая погрешность. Явление, возникающее под действием намагничивающего тока. Обозначает разницу между параметрами входного и выходного токов. Возрастает при увеличении намагничивания сердечника в трансформаторе.
  5. Нагрузка номинальная. Под этим параметром понимается значение в Ом, определяющее нормативные условия работы устройства. Нормированными остаются значение входного тока и класс точности.
  6. Номинальная предельная кратность. Соотношение тока первичного к току номинальному.
  7. Максимальное значение кратности для вторичного контура. Соотношение токов на выходной обмотке к номинальному току задает предельный уровень насыщения магнитопровода.

Трансформаторы тока остаются популярными приборами с широким спектром применения в электроэнергетике. Используются для измерений, защиты или в качестве промежуточных устройств корректировки цепи. Самый высокий класс точности применяется в лабораторных условиях.

Принцип действия ТТ и их назначение

В сегодняшнем материале, я решил начать рассматривать вопросы, касающиеся основ теории трансформаторов тока. Сами эти аппараты распространены повсеместно в электроустановках, и я думаю, всем будет интересно и полезно обновить в памяти принцип их работы.

Назначение трансформаторов тока: преобразование тока и разделение цепей

Начнем с ответа на вопрос – для чего нужен трансформатор тока? Здесь существует несколько основных вопросов, которые решает установка трансформаторов тока.

  • Во-первых, это измерение больших токов, когда измерение непосредственно реальной величины первичного тока не представляется возможным. Измеряют преобразованную в меньшую сторону после трансформатора тока величину. Обычно это 1, 5 или 10 ампер.
  • Во-вторых, это разделение первичных и вторичных цепей. Таким образом, происходит защита изоляции релейного оборудования, приборов учета электроэнергии, измерительных приборов.

Из чего состоит ТТ, принцип его работы

Трансформатор тока имеет замкнутый сердечник (магнитопровод), который собирают из листов электротехнической стали. На сердечнике расположено две обмотки: первичная и вторичная.

Первичная обмотка включается последовательно (в рассечку) цепи, по которой течет измеряемый (первичный) ток. К вторичной обмотке присоединяются последовательно соединенные реле, приборы, которые образуют вторичную нагрузку трансформатора тока. Такое описание состава трансформатора тока достаточно для описания принципа его работы, более подробное описание реального состава трансформатора тока приведено в другой статье.

Для рассмотрения принципа действия трансформатора тока рассмотрим схему, расположенную на рисунке.

В первичной обмотке протекает ток I1, создавая магнитный поток Ф1. Переменный магнитный поток Ф1 пересекает обе обмотки W1 и W2. При пересечении вторичной обмотки поток Ф1 индуцирует электродвижущую силу Е2, которая создает вторичный ток I2. Ток I2, согласно закону Ленца имеет направление противоположное направлению I1. Вторичный ток создает магнитный поток Ф2, который направлен встречно Ф1. В результате сложения магнитных потоков Ф1 и Ф2 образуется результирующий магнитный поток (на рисунке он обозначен Фнам). Этот поток составляет несколько процентов от потока Ф1. Именно поток Фнам и является тем звеном, что производит передачу и трансформацию тока. Его называют потоком намагничивания.

Коэффициент трансформации идеального ТТ

В первичной обмотке w1 создается магнитодвижущая сила F1=w1*I1, а во вторичной — F2=w2*I2. Если принять, что в трансформаторе тока отсутствуют потери, то магнитодвижущие силы равно по величине, но противоположны по знаку. F1=-F2. В итоге получаем, что I1/I2=w2/w1=n. Это отношение называется коэффициентом трансформации трансформатора тока.

Коэффициент трансформации реального ТТ

В реальном трансформаторе тока существуют потери энергии. Эти потери идут на:

  • создание магнитного потока в магнитопроводе
  • нагрев и перемагничивание магнитопровода
  • нагрев проводов вторичной обмотки и цепи

К магнитодвижущим силам из прошлого пункта прибавится мдс намагничивания Fнам=Iнам*w1. В выражении ниже токи и мдс это вектора. F1=F2+Fнам или I1*w1=I2*w2+Iнам*w1 или I1=I2*(w2/w1)+Iнам

В нормальном режиме, когда первичный ток не превышает номинальный ток трансформатора тока, величина тока Iнам не превышает 1-3 процента от первичного тока, и этой величиной можно пренебречь. При ненормальных режимах происходит так называемый бросок тока намагничивания, об этом более подробно можно почитать здесь. Из формулы следует, что первичный ток разделяется на две цепи – цепь намагничивания и цепь нагрузки. Более подробно о схеме замещения ТТ и о векторной диаграмме ТТ.

Режимы работы трансформаторов тока

У ТТ существуют два основных режима работы – установившийся и переходный.

В установившемся режиме работы токи в первичной и вторичной обмотке не содержат свободных апериодических и периодических составляющих. В переходном режиме по первичной и вторичной обмотке проходят свободные затухающие составляющие токов.

Если ТТ выбран правильно, то в обоих режимах работы погрешности не должны превышать допустимых в этих режимах, а токи в обмотках не должны превышать допустимые по термической и динамической стойкости.

ТТ для измерений предусмотрены для работы в установившемся режиме, при условии не превышения допустимых погрешностей. Работа ТТ для защиты начинается с момента возникновения тока перегрузки или тока КЗ, в этих режимах должны обеспечиваться требования определенных типов защит.

Чем отличается трансформатор тока от трансформатора напряжения и силового трансформатора

Существуют отличия в работе ТТ и ТН.

  • Первичный ток ТТ не зависит от вторичной нагрузки, что свойственно ТН. Это определяется тем фактом, что сопротивление вторичной обмотки ТТ на порядок меньше сопротивления первичной цепи и вообще, чем оно ближе к нулю, тем точнее аппарат. В трансформаторах напряжения и силовых трансформаторах же первичный ток зависит от величины тока вторичной нагрузки.
  • ТТ всегда работает с замкнутой вторичной обмоткой и величина его вторичного сопротивления нагрузки в процессе работы не изменяется.
  • Не допускается работа ТТ с разомкнутой вторичной обмоткой, для ТН и силовых при размыкании вторичной обмотки происходит переход в режим работы холостого хода.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector